锂离子电池先进材料

《锂离子电池先进材料》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、锂离子电池先进材料本文由daochunhan贡献doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。3.1锂离子电池简介锂离子电池主要由阳极（负极），阴极（正极），电解液和隔膜构成。正极材料主要由层状结构的含Li金属氧化物（如钴酸锂）与多通道结构（如锰酸锂）构成。负极材料包括插嵌型材料（如碳，Li4Ti5O12，TiO2等），转化型材料（如氧化铁，氧化镍，氧化钴等）和合金型材料（如Si，Sn等）。电解液应当市一中具有良好离子传导性和电子绝缘性材料。大多数电解液是由无机

2、锂盐溶解于两种或两种以上混合有机溶剂中得到的。隔膜的作用是避免正负极之间发生短路和在充放电时提供充裕的Li离子传输通道。在锂电池循环过程中，Li离子不断地在正极/负极之间发生交换。锂离子电池也成为摇椅电池就是因为锂离子在正负极之间反复摇动。锂离子电池在1990年代开始商业化应用并成为最重要和应用最广泛的二次电池。锂离子电池显示出高电压，高能量密度，长循环寿命，优良的环境相容性，相对于铅酸电池和Ni电池重量轻等众多优点，因而被广泛应用于各种手持电子设备的电源。然而，对更高能量与能量密度以及更长循环寿命

3、电子设备的需求，以及先进交通设施特别是EVs或HEVs的需求的则在不断增长中。电池的能量密度取决于其输出电压与比容量，这些指标则取决于电极材料的电化学性质。不同应用领域需要不同的电池，如EVs或HEVs的可充电电池应当具有高的充电效率，且电池产生的电流应当足够高至产生所需动力。3.2锂离子电池点击材料3.2.1阳极商品化锂离子电池大都基于碳基阳极材料，在充电过程中Li离子插嵌于其中。所得到的嵌Li碳显示出接近于金属Li电极的低电位。利用碳阳极，避免了最初使用锂金属阳极产生枝状晶体的问题，提高了锂离子

4、电池的安全性和可靠性。碳类阳极可大致分为三类：石墨或石墨化材料、非石墨软碳、硬碳。由于其稳定的比容量，小的不可逆容量和优良的循环性能，石墨是最广泛使用的阳极材料。来源于石油和煤化产品的中间相碳微珠（MCMB）表现出令人满意的整体性能，具有略微高的容量和优越的循环性能。1000℃下热处理得到的软碳和硬碳的电化学性能取决于他们的表面特性与孔结构硬碳表现出高的锂存储能力与优良的能量存储能力，但是也有较差的电子传导性和大的不可逆容量等缺点。尽管碳基阳极在商品化的锂离子电池应用广泛，但也被认识到在碳酸丙烯酯的

5、电解液中，石墨化碳会收到容积共插层，造成大的夹层膨胀以及石墨结构的破坏。重要的是，碳材料的重量与体积容量受到了限制。不断发展的电子设备和EVs需要更高能量密度和高功率密度以及低不可逆容量的阳极材料。因而，其它元素包括Al，Si，Ge，Sn，Pb，Sb，Bi与它们的合金或氧化物已经被试验做为锂离子电池阳极。其中，Si表现出最高的质量密度（4200mAh/g），但硅在充放电过程中不可避免发生巨大的体积膨胀，在延长循环次数后造成电极材料粉化并丧失电子接触性能，能量迅速衰减，阻碍了其作为电极材料实际应用。3

6、.2.2阴极材料总体上，锂离子电池有两类阴极材料。第一类包括层状岩盐结构，阴离子紧密排列的晶格在交替层状结构的阴离子层中，层中被具有氧化还原活性的过渡金属占据，锂离子可以插嵌进入层中剩下的空隙。这类材料包括LiTiS2，LiCoO2，LiNi1–yCoyO2和LiNiyMnyCo1–2yO2。另一类材料具有更加开放的结构，包括许多钒氧化物，氧化锰多通道复合物以及过渡金属磷酸盐。在第一类材料中，由于其更加紧密的晶格结构，使其具有特定的空间能量密度，但是第二类中的一些材料，如LiFePO4，具有成本低和

7、高倍率的优势。需要特别说明的是，LiCoO2，LiMn2O4和LiFePO4是最广泛使用的阴极材料。LiCoO2具有令人满意的电化学性能，如有两的结构稳定性和适当的高容量，并且制造高品质的LiCoO2也相对容易，LiCoO2最大的缺点是其成本高且有污染性。锂电池使用氧化锰就是因为其成本低且环境污染问题少。LixMn2O4的放电曲线有两个集中的部位，出现在4V和3V附近（相对Li+/Li），与Li的增加相对应，产生Li2Mn2O4。最初的LiMn2O4在循环后显示出剧烈的能量衰减，这个问题可通过用不同

8、的阳离子（Li，B，Mg，Al，Fe，Co，Ni或Zn）代替或引入纳米结构来解决。LiFePO4潜在的具有成本低、原料来源丰富和环境友好的特点，其放电电位在大约3.4V（相对Li+/Li），且经过几百次充放电循环也不会有明显的容量衰减。其容量接近170Ah/kg，高于LiCoO2和相对稳定的LiNiO2。然而，这种材料室温下的电子传导能力低。许多努力已经用于改进LiFePO4的传导性，通过碳包覆，富金属磷酸盐纳米化，超价离子参杂，以及异价原子代替。3.3锂离子先进材料